ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００９－９４９２．２０１３．１１．００５ ７阶椭圆型低通滤波器的设计及仿真木 王 涛 ，刘 洋 ，左月明 （１．乌兰察布职业学院机电技术系，内蒙古集宁０１２０００；２．山西农业大学工学院，山西太谷０３０８０１） 摘要：低通滤波器是ＤＤＳ信号发生器的重要组成部分，其性能的优劣直接影响整个信号发生器的技术指标。使用一种全新的归 一法，为ＤＤＳ信号发生器设计了一个截止频率为１２０ ＭＨｚ的７阶椭圆型低通滤波器，并使用Ｍｕｌｔｉｓｉｍｌ０仿真软件对其进行仿 真，仿真结果表明该滤波器幅频特性良好，可以达到预期的指标。 关键词：ＤＤＳ信号发生器；归一法；椭圆型低通滤波器；Ｍｕｌｔｉｓｉｍ１０；仿真 中图分类号：ＴＮ７１３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９—９４９２（２０１３）１１—００１７—０２ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ７ Ｏｒｄｅｒ Ｌｏｗ－Ｐａｓｓ Ｅｌｌｉｐｔｉｃ Ｆｉｌｔｅｒ ＷＡＮＧ Ｔａｏ ，ＬＩＵ Ｙａｎｇ。，ＺＵＯ Ｙｕｅ—ｍｉｎｇ （１．Ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆＷｕｌａｎｃｈａｂｕ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｊｉ ｎｉｎｇ０１２０００，Ｃｈｉｎａ；２． Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆＳｈａｎｘｉ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔａｉｇｕ０３０８０１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｌｏｗ—ｐａｓｓ ｉｆｌｔｅｒ ｉｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｐａｒｔ ｏｆ ｔｈｅ ＤＤＳ ｓｉｇｎａｌ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ，ｗｈｏｓｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｄｉｒｅｃｔｌｙ ａｆｆｅｃｔｓ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ ｏｆ ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｓｉｇｎａｌ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ａ ７ ｏｒｄｅｒ ｌｏｗ－ｐａｓｓ ｅｌｌｉｐｔｉｃ ｆｉｌｔｅｒ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｕｔ—ｏｆｆ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｏｆ １２０ ＭＨｚ ｆｏｒ ｔｈｅ ＤＤＳ ｓｉｇｎａｌ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｗｉｔｈ ａ ｎｅｗ ｎｏｒｍａｌｉｚａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ．Ｍｕｌｔｉｓｉｍ１０ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｉｔ ｈａｓ ａ ｇｏｏｄ ｐｈａｓｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ａｎｄ ｉｔ ｃａｎ ａｃｈｉｅｖｅ ｔｈｅ ｄｅｓｉｒｅｄ ｔａｒｇｅｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＤＤＳ ｓｉｇｎａｌ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ；ｎｏｒｍａｌｉｚａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ；ｌｏｗ－ｐａｓｓ ｅｌｌｉｐｔｉｃ ｉｆｌｔｅｒ；Ｍｕｌｔｉｓｉｍ１０；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ’ ０引言 兆赫兹 ，所以在这里选用ＬＣ无源滤波器。在本 在ＤＤＳ信号发生器实现过程中，由于ＤＤＳ自 信号发生器中，低通滤波器采用具有较窄过渡带 身的结构特点，实际存在着固有的误差：相位截 特性的椭圆型低通滤波器。 断误差、幅度量化误差、ＤＡＣ转换误差等导致其 １滤波器的分类 输出信号中必然含有大量的噪声和干扰ｎ ；又因 滤波器可分为：有源滤波器和无源滤波器； 为信号发生器所用的ＤＤＳ芯片ＡＤ９８５４内部没有 按其特性又可分为：巴特沃思（逼近）滤波器、 滤波器且输出端带有内部时钟干扰成分，因此， 切比雪夫（逼近）滤波器、逆切比雪夫型、椭圆 低通滤波器（ＬＰＦ）的使用是非常必要的，在每 型滤波器和贝塞尔（逼近）滤波器等。其中巴特 个输出端都要设置一个ＬＰＦ，通过选择合适的截 沃思滤波器的幅频性在通带内最为平坦，并且单 止频率，可较好地滤除干扰和杂散，其性能的优 调变化，但在阻带的衰减较为缓慢；切比雪夫滤 劣直接关系到整个ＤＤＳ信号发生器的技术指标。 波器的幅频特性在通带内有一定的波动量，在阻 根据整个信号发生器的要求，该信号发生器 带内具有较陡的的衰减特性，截止特性特别好， 输出信号的截止频率／ 为１２０ ＭＨｚ；带内最大波 但群延迟特性不太好；逆切比雪夫型通带内衰减 纹小于０．１ ｄＢ；阻带频率 为１５０ ＭＨｚ，阻带衰 特性是最平坦的，阻带内特性是有起伏的，由于 减量为６０ ｄＢ；输入和输出阻抗均为５０ Ｑ。又因 截止特性比椭圆型差，所以很少使用；椭圆型通 ＬＣ滤波器的频率范围非常宽，从几十赫兹到几百 带和阻带内都有起伏，阻带特性比其他滤波器都 国家自然科学基金项目（编号：３０８７１４４５） 收稿日期 匪＿匝１／靥 与开发 好，过渡带下降速度快，且过渡带陡峭；贝塞尔 型通带内延迟特性最为平坦，相位特性好，只是 截止特性相当差 。 ２低通滤波器的设计 首先按照椭圆型低通滤波器的理论设计方法 ０ 来将滤波器归一化，来初步确定滤波器的阶数及 元件值。归一化法就是把滤波器的设计归结成截 止频率为１／２＂ｒｒ（Ｈｚ）的低通滤波器的设计，然后 通过一不定的规则把归一化的ＬＰＦ变换成最终所 需要的实用滤波器 。具体步骤如下。 图ｌ ７阶椭圆型滤波器模型 抗为１ Ｑ、截止频率为１２０ ＭＨｚ的滤波器的各元件 参数。但这只是个中间结果，接着再把特征阻抗 从１ ｎ变成５Ｏ Ｑ。为此，要求出待设计滤波器特 （１）计算ＬＰＦ的陡度系数Ａ 。 Ａｓ＝等＝ ＝ｌ－２５￣１．３ 在１－３ ｒａｄ／ｓ处衰减６Ｏ ｄＢ。 （１） 征阻抗与基准滤波器特征阻抗的比值Ｋ。 归一化后指标变为：在１ ｒａｄ／ｓ处衰减３ ｄＢ， （２）查找归一化表［６１，选择在１．３ ｒａｄ／ｓ处至少 衰减６Ｏ ｄＢ的滤波器，发现７阶椭圆型低通滤波器 满足这些条件。 待设计滤波器的特定阻抗 ５０ ｎ ｎ 一 基准滤波器的特定阻抗 １ Ｑ 一。 为了实现对特征阻抗的变换，将中间结果的 所有电感值分别乘以Ｋ，将中间结果的所有电容 值分别除以 ，这时将得到截止频率为１２０ ＭＨｚ， 输入输出阻抗为５０ Ｑ的７阶椭圆型低通滤波器的 （３）绘制７阶椭圆型低通滤波器模型。 ＬＣ滤波器的构成类型 有１Ｔ型和Ｔ型两种，无论怎 么连接都可以得到相同的 特性，Ｔ型的特点是在阻 所有元件参数值，如表２所示。 表１ 带内起伏量为０．１ ｄＢ时的元件值ｔＴ］ 止频率下的输人阻抗大， 而耵型的特点则是输入阻 抗小。另外，在ＬＣ滤波器 中，Ｌ（线圈）的价格比Ｃ （电容器）高，而且体积比 较大，所以往往选用Ｌ数 目少的电路结构ｐ ，其模型 如图１所示。模型中Ｘ１、 Ｘ２、Ｘ４、Ｘ５、Ｘ７、Ｘ８、 ＸｌＯ为电容，Ｘ３、Ｘ６、Ｘ９ １．７９６８２Ｅ一１１ Ｉ＿９４３８７Ｅ一１１ ５．１８５５４Ｅ－０８ ４．４４１７８Ｅ—Ｉｌ ２．７８７２７Ｅ一１２ ９．８３０８４Ｅ一０８ ４．７２９ｌＥ—ｌ１ １．１２９３９Ｅ一１ｌ ６．５６３３２Ｅ－０８ ２．２５１４６Ｅ—ｌｌ 为电感。 （４）确定归一化滤波器元件参数 ３低通滤波器仿真 根据表２所示的元件参数，在ＭｕｌｔｉｓｉｍｌＯ平台 按照表１中提供的各个元件的归一化数据， 对元件参数进行如下变换： 上搭建仿真电路，电路如图２所示。 一Ｍ＝ 待设计滤波器的截止频率１２０ ＭＨｚ 基准滤波器的截止频率一（１／２７ｒ）Ｈｚ ７．５４×１０ 其仿真结果如图３所示。 从ＭｕｌｔｉｓｉｍｌＯ仿真结果来看，此低通滤波器 通带及阻带内都有起伏，它的衰减特性更加陡 用这个 值去除表１中阻带频率倍数为１－３所 对应的所有电感和电容的值，得到归一化特征阻 峭，且幅频特性和截止特性都能满足信号发生器 的设计要求。 （下转第３０页）
